(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
霧化させた成膜材料を基板に向けて噴霧することで成膜を行なう連続式の成膜装置であって、
成膜が行なわれる成膜室と、
成膜材料を霧化させる霧化機構と、
前記成膜室を横断するように設けられた搬送経路と、
前記搬送経路上において基板を移動させる搬送機構とを備え、
前記成膜室を規定する壁部に、基板の被成膜面に対して略直交方向に噴き付けることが可能となるように、前記霧化機構にて霧化された成膜材料を前記成膜室に導入するとともに、導入した成膜材料を前記成膜室において前記搬送経路側に向けて噴霧するための噴霧口が設けられ、
前記成膜室を規定する壁部のうちの、前記搬送経路から見て前記噴霧口側に位置する部分に、基板の被成膜面に対して略直交方向に噴き付けられた後に基板の被成膜面に対して略平行方向に成膜材料が進む流れを形成することが可能となるように第１排気口が設けられ、
前記成膜室を規定する壁部のうちの、前記搬送経路から見て前記噴霧口側とは反対側に位置する部分に、前記搬送経路を挟んで前記噴霧口に正対するように第２排気口が設けられ、
前記第２排気口の開口面が、前記霧化機構によって霧化された成膜材料が基板によって遮られることなく前記第２排気口側の壁部にまで到達する場合において当該成膜材料が噴霧されることとなる範囲を包含する大きさおよび形状を有している、成膜装置。
【請求項２】
成膜室を横断するように設けられた搬送経路上において複数の基板を順次移動させつつ、霧化機構にて霧化させた成膜材料を前記成膜室を規定する壁部に設けられた噴霧口を介して前記成膜室に導入して前記搬送経路側に向けて噴霧することにより、前記成膜室を通過する前記複数の基板のそれぞれに対して順次成膜を行なう連続式の成膜方法であって、
前記複数の基板のそれぞれに対して順次成膜を行なうに際して、前記成膜室を規定する壁部のうちの、前記搬送経路から見て前記噴霧口側に位置する部分に設けられた第１排気口を介して排気を行ないつつ、前記成膜室を規定する壁部のうちの、前記搬送経路から見て前記噴霧口側とは反対側に位置する部分に、前記搬送経路を挟んで前記噴霧口に正対するように、かつその開口面が前記霧化機構によって霧化された成膜材料が基板によって遮られることなく到達する場合において当該成膜材料が噴霧されることとなる範囲を包含する大きさおよび形状を有するように設けられた第２排気口を介して排気を行なうことにより、前記霧化機構にて霧化させた成膜材料を、基板の被成膜面に対して略直交方向に噴き付けるとともに、噴き付けられた後の成膜材料を基板の被成膜面に対して略平行方向に流しつつ成膜することを特徴とする、成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関し、より特定的には、霧化させた成膜材料を基板に向けて噴霧することで成膜を行なう成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、ディスプレイおよび太陽電池等の製造の分野においては、基板等の被成膜対象物に対して各種の薄膜を成膜することが行なわれている。かかる薄膜は、その種類に応じて、物理気相成長法としてのスパッタリング法や蒸着法等、化学気相成長法としてのプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法や熱ＣＶＤ法等、液相成長法としての塗布法やゾル・ゲル法、メッキ法等の中から最適な成膜方法が選択されて成膜される。
【０００３】
たとえば、ディスプレイや太陽電池等の製造に際しては、ガラス基板等の透明基板上に薄膜としての透明導電膜が成膜されることが一般的である。このような透明導電膜としては、ＳＴＯ（チタン酸ストロンチウム）およびＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）等の金属酸化物からなるものが主流である。この種の透明導電膜は、一般に、スパッタリング法、蒸着法、有機金属化合物を用いた有機金属化学気相成長法等を利用してその成膜が行なわれる。
【０００４】
スパッタリング法および蒸着法においては、真空プロセスにて成膜が行なわれるため、真空状態を作り出してこれを維持する設備が必要になる。有機金属化学気相成長法においては、原料として用いる有機金属化合物が爆発性および毒性を有しているため、気密性の高い設備を用いることが必要になるとともに、特殊な排ガス処理装置を付設すること等も必要になる。したがって、これら成膜方法を採用した場合には、高度な安全設計を行なうことが必要になるのみならず、成膜装置の設置コストおよびランニングコストが嵩んでしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、近年、これらに代替する成膜方法として、スプレーＣＶＤ法およびミストＣＶＤ法等の噴霧法が提案されている。スプレーＣＶＤ法およびミストＣＶＤ法は、いずれも原料金属を溶質として含む溶液を霧化機構を用いて霧化し、これを基板に向けて噴霧することによって成膜を行なう成膜方法である。
【０００６】
噴霧法においては、大気雰囲気下で成膜を行なうことができるとともに、有機金属化合物のような危険性の高い物質を用いる必要もないため、成膜装置の設置コストやランニングコストを大幅に低減することができ、安価に成膜を行なうことができる。
【０００７】
また、噴霧法を採用して成膜を行なう場合には、基板を搬送しつつ成膜を行なう連続式の処理が可能になる。したがって、このような連続式の処理を採用することとすれば、量産に適したものとすることができ、さらに生産性よく安価に成膜が行なえることになる。
【０００８】
ここで、噴霧法を利用した連続式の成膜装置が開示された文献として、たとえば特開昭６１−６９９６２号公報（特許文献１）や特開平５−２１４５４３号公報（特許文献２）等がある。
【０００９】
上記特許文献１には、成膜室を横断するように搬送経路を構成することにより、基板の被成膜面を下方に向けた状態で基板を搬送させながら当該基板に対して下方から霧化させた成膜材料を基板の被成膜面に向けて緩やかに噴霧することで成膜を行なう成膜装置が開示されている。当該成膜装置においては、成膜室を規定する壁面のうちの搬送経路の下方に位置する部分に、霧化させた成膜材料を成膜室に導入するための噴霧口と、成膜室に導入された霧化された成膜材料のうちの余剰分についてこれを排気するための排気口とが設けられている。
【００１０】
また、上記特許文献２には、上記特許文献１に開示の成膜装置に近似の構成の成膜装置が開示されており、基板の表裏面のいずれにも同時に成膜を行なうために、成膜室を規定する壁面のうちの搬送経路の上方に位置する部分および下方に位置する部分の双方にそれぞれ噴霧口および排気口が一対ずつ設けられてなる成膜装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６１−６９９６２号公報
【特許文献２】特開平５−２１４５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここで、上記特許文献１および２に開示の成膜装置にあっては、複数の基板の搬送方向に沿った端部同士が互いに接触した状態となるようにし、並べて配置されたこれら複数の基板の縁を支持枠によって支持しつつプッシャ等を用いて押し出すことにより、これら複数の基板が搬送されるように構成している。しかしながら、このような方法で基板の搬送を行なった場合には、基板同士が接触することになり、また基板の縁と支持枠とが擦れることにもなるため、基板が傷付いたり割れや欠けが発生したりするおそれがあり、歩留まりの悪化が懸念される。
【００１３】
これを解決するためには、コンベヤ等の搬送機構を用いて複数の基板をそれぞれ所定の間隔をあけて搬送することが考えられる。しかしながら、このように複数の基板をそれぞれ所定の間隔をあけて搬送することとした場合であって、かつ基板の一方の主面のみに成膜を行なうこととした場合には、搬送される基板間に形成される隙間を介して霧化された成膜材料が基板の他方の主面側に回り込んでしまい、成膜すべきでない当該他方の主面にまで成膜が行なわれてしまうといった問題や、霧化された成膜材料が当該隙間部分においてコンベヤ等の搬送機構に付着してしまうといった問題が生じてしまう。
【００１４】
そのため、この点について何ら対策を行なわなかった場合には、成膜後における基板の品位が低下し、結果として製品の性能低下を招いてしまうばかりでなく、成膜装置を頻繁に清掃する等、メンテナンスに多大のコストを要することとなってしまう。
【００１５】
したがって、本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたものであり、基板に対して高品位に成膜を行なうことができる、噴霧法を利用した連続式の成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。また、本発明は、メンテナンス等の頻度が減少することによって安価に成膜を行なうことができる、噴霧法を利用した連続式の成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に基づく成膜装置は、霧化させた成膜材料を基板に向けて噴霧することで成膜を行なう連続式の成膜装置であって、成膜が行なわれる成膜室と、成膜材料を霧化させる霧化機構と、上記成膜室を横断するように設けられた搬送経路と、上記搬送経路上において基板を移動させる搬送機構とを備えている。上記成膜室を規定する壁部には、基板の被成膜面に対して略直交方向に成膜材料を噴き付けることが可能となるように、上記霧化機構にて霧化された成膜材料を上記成膜室に導入するとともに、導入した成膜材料を上記成膜室において上記搬送経路側に向けて噴霧するための噴霧口が設けられている。上記成膜室を規定する壁部のうちの、上記搬送経路から見て上記噴霧口側に位置する部分には、基板の被成膜面に対して略直交方向に噴き付けられた後に基板の被成膜面に対して略平行方向に成膜材料が進む流れを形成することが可能となるように第１排気口が設けられている。上記成膜室を規定する壁部のうちの、上記搬送経路から見て上記噴霧口側とは反対側に位置する部分には、上記搬送経路を挟んで上記噴霧口に正対するように第２排気口が設けられている。上記第２排気口の開口面は、上記霧化機構によって霧化された成膜材料が基板によって遮られることなく上記第２排気口側の壁部にまで到達する場合において当該成膜材料が噴霧されることとなる範囲を包含する大きさおよび形状を有している。
【００１９】
本発明に基づく成膜方法は、成膜室を横断するように設けられた搬送経路上において複数の基板を順次移動させつつ、霧化機構にて霧化させた成膜材料を上記成膜室を規定する壁部に設けられた噴霧口を介して上記成膜室に導入して上記搬送経路側に向けて噴霧することにより、上記成膜室を通過する上記複数の基板のそれぞれに対して順次成膜を行なう連続式の成膜方法であって、上記複数の基板のそれぞれに対して順次成膜を行なうに際して、上記成膜室を規定する壁部のうちの、上記搬送経路から見て上記噴霧口側に位置する部分に設けられた第１排気口を介して排気を行ないつつ、上記成膜室を規定する壁部のうちの、上記搬送経路から見て上記噴霧口側とは反対側に位置する部分に、上記搬送経路を挟んで上記噴霧口に正対するように、かつその開口面が上記霧化機構によって霧化された成膜材料が基板によって遮られることなく到達する場合において当該成膜材料が噴霧されることとなる範囲を包含する大きさおよび形状を有するように設けられた第２排気口を介して排気を行なうことにより、上記霧化機構にて霧化させた成膜材料を、基板の被成膜面に対して略直交方向に噴き付けるとともに、噴き付けられた後の成膜材料を基板の被成膜面に対して略平行方向に流しつつ成膜することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板に対して高品位に成膜を行なうことができる、噴霧法を利用した連続式の成膜装置および成膜方法とすることができる。また、本発明によれば、メンテナンス等の頻度が減少することによって安価に成膜を行なうことができる、噴霧法を利用した連続式の成膜装置および成膜方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態における成膜装置の模式断面図である。
【図２】図１に示す噴霧ボックスに基板が投入された状態を示す、噴霧ボックス近傍の拡大模式断面図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式断面図である。
【図４】図１に示す噴霧ボックスに基板が投入されていない状態を示す、噴霧ボックス近傍の拡大模式断面図である。
【図５】図４に示すＶ−Ｖ線に沿った模式断面図である。
【図６】実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の形状を示す図である。
【図７】実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
【図８】実施例２ないし４に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の短手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
【図９】実施例２に係る成膜装置における比較噴付強度を示すグラフである。
【図１０】実施例３に係る成膜装置における比較噴付強度を示すグラフである。
【図１１】実施例４に係る成膜装置における比較噴付強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。以下に示す実施の形態は、薄膜太陽電池の透明基板上に設けられる透明導電膜の成膜に本発明を適用した場合を例示するものであるが、当然に他の薄膜の成膜に本発明を適用することも可能である。なお、同一のまたは共通する部分には図中同一の符号を付すこととし、その説明は都度繰り返さないこととする。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態における成膜装置の模式断面図である。まず、この図１を参照して、本実施の形態における成膜装置１の構成について説明する。
【００２４】
図１に示すように、成膜装置１は、熱処理炉をベースとした連続式の成膜装置であり、搬送機構としてのメッシュベルト２およびベルト駆動部３と、加熱炉４を構成するマッフル５およびヒータブロック６と、噴霧ボックス２０とを主として備えている。噴霧ボックス２０は、加熱炉４の上部側の部分を一部を切り欠くことで形成された開口部を閉塞するように設置されている。
【００２５】
被成膜対象物である基板１００は、メッシュベルト２によって構成される搬送経路上に載置される。メッシュベルト２上に載置された基板１００は、ベルト駆動部３がメッシュベルト２を駆動することによって図中に示す矢印Ａ方向に移動する。なお、基板１００は、搬送経路上において常時一定の速度で移動するように搬送されてもよいし、搬送経路上の所定の領域においてのみ速度を変えて移動されるように搬送されてもよいし、場合によって搬送経路上の所定の領域においてのみ一時的に静止するように搬送されてもよい。
【００２６】
成膜装置１は、基板１００の搬送方向に沿って上流側から順に、基板搬入部１１、加熱部１２、成膜部１３、熱処理部１４、冷却部１５および基板搬出部１６にて構成されている。加熱炉４は、このうちの加熱部１２、成膜部１３および熱処理部１４に跨るように設置されており、噴霧ボックス２０は、このうちの成膜部１３に設置されている。
【００２７】
基板１００は、基板搬入部１１において搬送経路上に搬入される。これにより、基板１００は、上述した加熱部１２、成膜部１３、熱処理部１４および冷却部１５にこの順で順次投入されることになる。冷却部１５を通過した後の基板１００は、基板搬出部１６において搬送経路上から搬出される。
【００２８】
ここで、基板１００に対しては、上述した加熱部１２において加熱処理が施され、成膜部１３において成膜処理が施され、熱処理部１４においてさらに熱処理が施され、冷却部１５において冷却処理が施される。これにより、基板１００の被成膜面である上面上に透明導電膜が形成されることになる。
【００２９】
より詳細には、加熱部１２においては、マッフル５がヒータブロック６によって加熱されており、この高温に加熱されたマッフル５により基板１００が加熱される。基板１００は、当該加熱部１２において所定の温度にまで加熱された状態となり、その後、成膜部１３に投入される。
【００３０】
ここで、成膜する透明導電膜が酸化スズ膜である場合には、加熱部１２内における加熱炉４の内部の温度が４５０℃以上６００℃以下程度であることが好ましく、より好適には、５２０℃以上５８０℃以下とされる。基板１００の加熱温度が４５０℃未満である場合には、噴霧された原料溶液によって成膜温度が低下してしまい透明導電膜の結晶性が低下するおそれがあり好ましくない。その反面、基板１００の加熱温度が６００℃を超えた場合には、原料溶液のミストが基板１００の被成膜面に到達し難くなり、成膜レートが低下するおそれがあり好ましくない。
【００３１】
成膜部１３においては、基板１００が噴霧ボックス２０の下方を通過するように移動され、その際に噴霧ボックス２０から霧化された成膜材料が基板１００の上面に向けて噴霧されることにより、基板１００の上面上に透明導電膜が成膜される。なお、基板１００を搬送しつつ成膜を行なうことにより、基板１００が成膜部１３の搬送方向における幅よりも長いものであっても、基板１００の上面の全域に透明導電膜を成膜することができることになる。
【００３２】
ここで、噴霧ボックス２０の下面と下部側のマッフル５の上面との間の空間が、成膜処理を行なうための成膜室１０（図２等参照）に相当し、上述した搬送経路は、この成膜室１０を横断するように設けられることになる。当該成膜室１０には、噴霧ボックス２０側に設けられた噴霧口および第１排気口（図１においては不図示）と、マッフル５側に設けられた第２排気口８ａとが設けられているが、これらの詳細については、後述することとする。
【００３３】
成膜部１３を通過した後の基板１００は、熱処理部１４に投入される。熱処理部１４においては、マッフル５がヒータブロック６によって加熱されており、この高温に加熱されたマッフル５により基板１００に成膜された透明導電膜の熱処理が行なわれる。当該熱処理は、透明導電膜のシート抵抗を低抵抗化するための処理である。
【００３４】
熱処理部１４を通過した後の基板１００は、冷却部１５に投入される。冷却部１５においては、それまで高温に保持されていた基板１００の冷却が行なわれる。
【００３５】
以上において説明した成膜装置１を利用することにより、本実施の形態における成膜方法においては、成膜室１０を横断するように設けられた搬送経路上において複数の基板１００を順次移動させつつ、スプレーノズル２５にて霧化させた成膜材料を成膜室１０に導入して搬送経路側に向けて噴霧することにより、成膜室１０を通過する複数の基板１００のそれぞれに対して順次成膜が行なわれる。
【００３６】
なお、以上において説明した成膜装置１は、基板１００として無アルカリガラス基板を用いた場合を想定したものであるが、基板１００としてアルカリ成分を含むたとえばソーダガラス基板等を用いる場合には、基板１００に対する透明導電膜の成膜に先立って、アルカリ成分の流出を防止するためのアルカリバリア層を基板１００に成膜することが必要になる。その場合には、上述した成膜装置の成膜部１３の上流側にさらにアルカリバリア層を成膜するための成膜部を設置することとすればよい。また、基板１００に色消し層を設ける場合等にも、同様に色消し層を成膜するための成膜部を上記搬送経路上に設置すればよい。なお、これら付加すべき成膜部は、上述した透明導電膜を成膜するための成膜部１３に準じた構成とすればよく、ここではその詳細な説明は省略する。
【００３７】
図２は、図１に示す噴霧ボックスに基板が投入された状態を示す、噴霧ボックス近傍の拡大模式断面図であり、図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式断面図である。また、図４は、図１に示す噴霧ボックスに基板が投入された状態を示す、噴霧ボックス近傍の拡大模式断面図であり、図５は、図４に示すＶ−Ｖ線に沿った模式断面図である。次に、これら図２ないし図５を参照して、噴霧ボックス２０とその近傍の具体的な構成および当該噴霧ボックス２０が設置された成膜部１３における成膜処理の詳細について説明する。
【００３８】
図２ないし図５を参照して、上述したように、噴霧ボックス２０は、加熱炉４の上部側のマッフル５の一部を切り欠くことで形成された開口部を閉塞するように設置されている。これにより、当該噴霧ボックス２０の下面と当該噴霧ボックス２０の下面に対向する部分の加熱炉４の下部側のマッフル５の壁面とにより、成膜室１０が規定されている。
【００３９】
当該噴霧ボックス２０の下方には、メッシュベルト２が横断するように設置されており、これにより、基板１００の搬送経路が、成膜室１０を横断するように設けられることになる。なお、加熱炉４の内部には、メッシュベルト２を支持するための搬送機構としての搬送ローラ７が設置されている。
【００４０】
噴霧ボックス２０は、筐体２１と、霧化機構としてのスプレーノズル２５と、溶液導入管２６と、圧縮ガス導入管２７と、冷却ジャケット２８とを主として備えている。噴霧ボックス２０の近傍には、原料溶液２００を貯留するための溶液貯留部３０が設置されており、上述した溶液導入管２６が当該溶液貯留部３０に接続されている。
【００４１】
スプレーノズル２５は、成膜材料としての原料溶液２００と圧縮ガスとを混合してこれを噴霧する二流体スプレーノズルからなり、原料溶液２００が導入される上述した溶液導入管２６と、圧縮ガスが導入される上述した圧縮ガス導入管２７とにそれぞれ接続されている。スプレーノズル２５は、導入された原料溶液２００と圧縮ガスとを混合することにより、原料溶液２００を０．１μｍ以上数十μｍ以下の平均粒子径のミストに霧化してこれを圧縮ガスに乗せて噴出するものである。
【００４２】
原料溶液２００は、亜鉛、スズ、インジウム、カドミウムおよびストロンチウムからなる群から選択される無機材料の塩化物または有機金属化合物を溶媒に溶解させてなる溶液を用いることができる。溶媒としては、水、メタノール、エタノール、ブタノール、またはこれらの混合物等を用いることができる。すなわち、原料溶液としては、たとえば酢酸亜鉛を含む水溶液や、塩化インジウムおよび塩化スズを含む水溶液、塩化スズを含む水溶液等が利用できる。
【００４３】
かかる透明導電膜の原料溶液２００としては、上記塩化物または有機金属化合物を０．１ｍｏｌ／Ｌ〜０．３ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度で溶媒に溶解させたものを用いることが一般的であるが、この濃度に限定されるものではない。
【００４４】
一方、圧縮ガスとしては、圧縮空気、窒素、水素、水蒸気、酸素、またはこれらの混合物等を用いることができる。
【００４５】
図３および図５に示すように、スプレーノズル２５は、基板１００の搬送方向と直交する方向に沿って複数設けられており、当該複数のスプレーノズル２５のそれぞれを囲うように、冷却ジャケット２８が個別に設けられている。ここで、スプレーノズル２５は、必ずしも複数設けられている必要はないが、基板１００の幅が大きい場合等には、基板１００の搬送方向と直交する方向に複数のスプレーノズル２５を設けることにより、一度に基板１００の幅方向の全域に対して成膜を行なうことが可能になる。なお、この点については、後述する実施例において詳細に言及する。
【００４６】
冷却ジャケット２８は、スプレーノズル２５および当該スプレーノズル２５に接続された溶液導入管２６を冷却するためのものであり、当該冷却ジャケット２８の内部には、図示しない水冷用の冷却配管および／または空冷用の冷却ファンが設けられている。当該冷却ジャケット２８は、スプレーノズル２５から噴出される前の原料溶液２００を沸点以下の温度に冷却するためのものである。
【００４７】
この冷却ジャケット２８を設けることにより、スプレーノズル２５の内部において原料溶液２００の揮発を抑制することが可能になり、スプレーノズル２５から噴霧される原料溶液２００の濃度を一定に保つことができるとともに、スプレーノズル２５および溶液導入管２６の内部において原料溶液２００が固化して目詰まりを起こすことを抑制することができる。
【００４８】
図２ないし図５に示すように、筐体２１の内部の空間は、図示する如くの仕切り壁によって仕切られており、キャリアガスが導入されるキャリアガス導入路２２と、スプレーノズル２５によって生成された原料溶液２００のミストが当該キャリアガスによって搬送されるミスト搬送路２３と、噴き付け後のキャリアガスおよび原料溶液２００のミストの余剰分を排気するための第１排気路２４とを含んでいる。
【００４９】
キャリアガス導入路２２は、筐体２１の内部の空間のうちのスプレーノズル２５よりも上方の空間に設けられ、筐体２１の上部に設けられたキャリアガス導入口２２ａに連通するように設けられている。ミスト搬送路２３は、筐体２１の内部の空間のうちのスプレーノズル２５よりも下方の空間に設けられ、上述したキャリアガス導入路２２に連通するとともに、成膜室１０を規定する壁部である筐体２１の底壁に設けられた噴霧口２３ａに連通するように設けられている。
【００５０】
これにより、噴霧ボックス２０の外部からキャリアガス導入口２２ａを介してキャリアガス導入路２２に導入されたキャリアガスは、スプレーノズル２５が設けられた位置の近傍を経由してミスト搬送路２３に流入することになり、スプレーノズル２５にて生成されたミストがミスト搬送路２３において当該キャリアガスに混入されて噴霧口２３ａから噴霧ボックス２０の外部に向けて噴き出されることになる。すなわち、これにより、原料溶液２００のミストを含むガスが、基板１００の搬送経路側に向けて噴霧されることになる。
【００５１】
なお、キャリアガスとしては、圧縮空気、窒素、水素、水蒸気、酸素、またはこれらの混合物等を用いることができる。
【００５２】
一方、第１排気路２４は、筐体２１の内部の空間のうちの、上述したミスト搬送路２３が設けられた位置よりも基板１００の搬送経路に沿った下流側の位置に対応する空間に設けられており、成膜室１０を規定する壁部である筐体２１の底壁に設けられた第１排気口２４ａに連通するように設けられている。
【００５３】
当該第１排気路２４は、噴霧ボックス２０の外部に設置された図示しない吸引ポンプおよび除害装置に接続されている。これにより、成膜室１０内に残留する原料溶液２００のミストを含むガスが、第１排気口２４ａを介して当該第１排気路２４に吸引されることで除害装置に送られ、当該除害装置において無害化されて成膜装置１の外部に放出されることになる。
【００５４】
他方、噴霧ボックス２０の下方であって基板１００の搬送経路を挟んで当該噴霧ボックス２０に対向する部分の加熱炉４には、第２排気路８が位置している。当該第２排気路８は、成膜室１０を規定する壁部である加熱炉４の下部側のマッフル５の底壁に設けられた第２排気口８ａに連通するように設けられている。
【００５５】
当該第２排気路８は、加熱炉４の外部に設置された図示しない吸引ポンプおよび除害装置に接続されている。これにより、成膜室１０内に残留する原料溶液２００のミストを含むガスが、第２排気口８ａを介して当該第２排気路８に吸引されることで除害装置に送られ、当該除害装置において無害化されて成膜装置１の外部に放出されることになる。なお、第１排気路２４と第２排気路８とが接続されることにより、吸引ポンプおよび除害装置が兼用とされていてもよい。
【００５６】
ここで、本実施の形態における成膜方法にあっては、複数の基板１００のそれぞれに対して順次成膜を行なうに際して、上述した第１排気口２４ａを介して排気を行ないつつ、上述した第２排気口８ａを介して排気を行なう。
【００５７】
なお、第１排気口２４ａおよび第２排気口８ａにて吸引されるガスの流量としては、噴霧口２３ａにおいて噴霧されるガスの流量の数倍から十倍程度とされることが好ましい。これにより、成膜室１０内に残留する原料溶液２００のミストを含むガスが成膜室１０から確実に排気されることになる。
【００５８】
以上により、本実施の形態における成膜装置１および成膜方法にあっては、図２および図３に示すように、成膜室１０の内部に基板１００が位置する場合においては、噴霧口２３ａから噴出された原料溶液２００のミストを含むガスが、基板１００の被成膜面１０１である上面に対して略直交方向に噴き付けられることになる。したがって、基板１００の被成膜面１０１に対して噴霧口２３ａから原料溶液２００のミストが供給されることになり、当該被成膜面１０１上に透明導電膜が成膜されることになる。
【００５９】
また、噴霧口２３ａを介して基板１００の被成膜面１０１に噴き付けられた原料溶液２００のミストを含むガスのうち、当該噴霧口２３ａと対面する部分において成膜に使用されなかった余剰のガスは、主として第１排気口２４ａを介して吸引されて外部に排気されることになる。これは、基板１００が成膜室１０の内部に位置することにより、基板１００に噴き付けられたガスの流動が当該基板１００によって遮られるためであり、その大部分が基板１００の下面側に回り込むことなく第１排気口２４ａを介して排気されるためである。ただし、その間においても、一部のガスは、第２排気口８ａを介して第２排気路８内に吸引されて外部に排気されることになる。
【００６０】
ここで、第１排気口２４ａは、基板１００の搬送経路に沿って上述した噴霧口２３ａと所定の距離をもって配置されていることが好ましい。このように構成すれば、噴霧口２３ａと第１排気口２４ａとの間に位置する部分の成膜室１０において、図２中に示す如くの基板１００の被成膜面１０１と略平行方向に進むガスの流れを形成することが可能になる。したがって、当該部分において基板１００の被成膜面１０１に対して略平行方向にガスが噴き付けられることで透明導電膜の成膜が行なわれることになり、成膜をより効率的に行なうことが可能になる。
【００６１】
一方、図４および図５に示すように、本実施の形態における成膜装置１および成膜方法にあっては、成膜室１０に基板１００が位置しない場合（すなわち、基板１００が載置されていない部分のメッシュベルト２が成膜室１０に差しかかった場合）にあっても、噴霧口２３ａから噴出された原料溶液２００のミストを含むガスが、基板１００の搬送経路側に向けて噴霧されることになるが、成膜室１０の下方に第２排気口８ａが設けられているため、成膜に使用されなかった余剰のガスが、主として当該第２排気口８ａを介して吸引されて外部に排気されることになる。ただし、その間においても、一部のガスは、第１排気口２４ａを介して第１排気路２４内に吸引されて外部に排気されることになる。
【００６２】
そのため、成膜室１０内に余剰のミストが滞留することが抑制され、当該余剰のミストがメッシュベルト２や搬送ローラ７等の搬送機構に付着してしまうことが防止でき、成膜室１０内をより清浄な状態に維持できることになる。また、当該余剰のミストがメッシュベルト２や搬送ローラ７等の搬送機構に付着してしまった場合には、これが固化することによってパーティクルが発生してしまい、これが基板１００に付着することで基板１００の品位（たとえば透過率等）や当該基板１００に成膜される透明導電膜の品位（たとえば膜厚やシート抵抗、ヘイズ率等）が低下してしまうことになるが、当該事象の発生も抑制できることになる。
【００６３】
また、基板１００の進行方向における先端部分や後端部分が成膜室１０に差しかかった時点においては、噴霧口２３ａから噴出された原料溶液２００のミストを含むガスが、基板１００によって完全には遮られることなく、基板１００の下面側に回り込んでしまうことになるが、その際にも原料溶液２００のミストを含むガスが成膜室１０内において残留することなく、直ちに上述した第２排気口８ａを介して吸引されて外部に排気されることになる。したがって、成膜すべきでない基板１００の下面にまで成膜が行なわれてしまうことが抑制され、この意味においても基板１００に対して高品位に成膜を行なうことが可能になる。
【００６４】
したがって、以上において説明した本実施の形態における成膜装置１および成膜方法とすることにより、基板１００に対して高品位に成膜を行なうことが可能になるとともに、成膜室１０を清掃する等のメンテナンスの頻度を低減させることができ、安価にかつ高品位に成膜を行なうことが可能になる。
【００６５】
なお、成膜室１０内に残留する原料溶液２００のミストを含むガスを成膜室１０からより確実に排気するためには、第２排気口８ａを基板１００の搬送経路を挟んで噴霧口２３ａに正対する位置に設けるばかりでなく、さらに、当該第２排気口８ａの開口面が、噴霧口２３ａから噴き出される当該ガスが基板１００に遮られることなく当該排気口８ａが設けられた側の壁部（すなわち、下部側のマッフル５の壁部）にまで到達する場合において当該ガスが噴き付けられることとなる範囲を包含する大きさおよび形状を有するように形成されることが好ましい。
【００６６】
また、図２および図３を参照して、スプレーノズル２５と基板１００の被成膜面１０１との間の距離Ｌ１としては、原料溶液２００の濃度や噴霧量、基板１００の搬送速度、成膜レート等を勘案して適宜調節することとすればよいが、一例として２５０ｍｍとすることが想定される。その場合の噴霧ボックス２０の下端面と基板１００の被成膜面１０１との間の距離としては、好適には２０ｍｍとされ、スプレーノズル２５と第２排気口８ａとの間の距離Ｌ２としては、好適には３００ｍｍとされる。
【００６７】
また、本実施の形態においては、霧化機構としてスプレーノズル２５を用いたスプレー式の成膜装置１およびこれを利用した成膜方法に本発明を適用した場合を例示したが、この他にも霧化機構として超音波振動子等を用いたミスト式の成膜装置およびこれを利用した成膜方法に本発明を適用することも可能である。
【００６８】
ここで、ミスト式の成膜装置は、たとえば超音波振動子を用いて原料溶液に超音波を印加することによりその液面からミストを発生させるものであるが、発生したミスト自体には運動エネルギーがないため、これをキャリアガスを用いて基板の被成膜面に噴き付けるようにするものである。かかるミスト方式を採用した場合には、微細でかつ比較的均一な粒子径のミストを発生させることが可能になるため、ミストの搬送中においてミスト同士が凝縮し難くなるというメリットが得られる。
【００６９】
以下、上述した実施の形態において使用されるスプレーノズル２５と基板１００における噴霧強度との関係について実施例１ないし４に基づいて説明する。図６は、実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の形状を示す図である。
【００７０】
実施例１においては、原料溶液として、０．９ｍｏｌ／ＬのＳｎＣｌ4・５Ｈ2Ｏと、０．３ｍｏｌ／ＬのＮＨ4Ｆと、３０体積％のＨＣｌと、２．５体積％のメタノールとを含む水溶液を用いた。この水溶液の沸点は、約７０℃程度であった。
【００７１】
図６に示すように、スプレーノズル２５の噴霧領域Ｍは、スプレーノズル２５の噴出口からの距離がＬhだけ離れた地点において、楕円形状の外形を有している。具体的には、スプレーノズル２５の噴出口からの距離がＬhだけ離れた地点における噴霧領域Ｍは、その長径の長さがＬW、短径の長さがＬTである楕円形状を有しており、長径に平行な長手方向と、短径に平行な短手方向とを有している。図６中の０点は、長径と短径との交点であって、スプレーノズル２５の中心の直下の位置である。
【００７２】
図７は、実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。また、図８は、実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
【００７３】
ここで、図７おいては、縦軸が相対噴付強度を、横軸が噴霧領域の長手方向における０点からの位置をそれぞれ表わしており、図８においては、縦軸が相対噴付強度を、横軸が噴霧領域の短手方向における０点からの位置をそれぞれ表わしている。なお、相対噴霧強度とは、０点における噴霧強度を１とした場合の噴霧強度の百分率である。
【００７４】
図７に示すように、Ｌhが３００ｍｍの地点においては、スプレーノズル２５の噴霧領域Ｍの長手方向における相対噴付強度が、０点から離れるに従って上昇して１００％になった後、さらに０点から離れるに従って下降して０％になっている。一方、図８に示すように、Ｌhが３００ｍｍの地点においては、スプレーノズル２５の噴霧領域Ｍの短手方向における相対噴付強度が、０点において１００％であり、０点から離れるに従って下降して０％になっている。
【００７５】
このように、噴霧領域Ｍ内においては、スプレーノズル２５の中心の直下より端部の方がミストの噴付強度が弱くなる。この傾向は、複数のスプレーノズル２５を設けた場合にも同様である。
【００７６】
図９は、実施例２として、ピッチを１００ｍｍとして１３個のスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図１０は、実施例３として、ピッチを１２０ｍｍとして１１個のスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図１１は、実施例４として、ピッチを１５０ｍｍとして９個のスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
【００７７】
実施例２ないし４に係る成膜装置においては、上述した実施例１に係る成膜装置において使用したスプレーノズル２５を長手方向に沿って複数配置することとし、原料溶液としては、上述した実施例１において使用した原料溶液と同様のものを使用した。
【００７８】
ここで、図９ないし図１１においては、縦軸が比較噴付強度を、横軸が噴霧領域の長手方向における０点からの位置をそれぞれ表わしている。ここで、比較噴霧強度とは、単一のスプレーノズルの０点における噴霧強度を１とした場合の噴霧強度の百分率である。
【００７９】
図９および図１１に示すように、ピッチＬpを１００ｍｍおよび１５０ｍｍとした実施例２および４の場合には、Ｌhが３００ｍｍの地点において、噴霧領域の長手方向における比較噴付強度にばらつきが生じていることが分かる。これに対し、図１０に示すように、ピッチＬpを１２０ｍｍとした実施例３の場合には、Ｌhが３００ｍｍの地点において、噴霧領域の長手方向における比較噴付強度が比較的均一になっていることが分かる。
【００８０】
当該結果より、複数のスプレーノズル２５を基板１００の幅方向に沿って配置した場合にも、そのピッチを最適化すること等により、基板１００の幅方向において実質的に均等に原料溶液を噴霧することが可能になることが理解される。したがって、基板１００として大型の基板を用いた場合にも、本発明を適用して噴霧条件等を適宜調整することにより、より均一な膜厚の透明導電膜の成膜が可能になると言える。
【００８２】
また、上述した本発明の実施の形態においては、薄膜太陽電池の透明基板上に透明導電膜を製造するための成膜装置および製造方法に本発明を適用した場合を例示して説明を行なったが、当然に他の種類の薄膜を製造するための成膜装置および成膜方法に本発明を適用することも可能である。
【００８３】
このように、今回開示した上記実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００８４】
１  成膜装置、２  メッシュベルト、３  ベルト駆動部、４  加熱炉、５  マッフル、６  ヒータブロック、７  搬送ローラ、８  第２排気路、８ａ  第２排気口、１０  成膜室、１１  基板搬入部、１２  加熱部、１３  成膜部、１４  熱処理部、１５  冷却部、１６  基板搬出部、２０  噴霧ボックス、２１  筐体、２２  キャリアガス導入路、２２ａ  キャリアガス導入口、２３  ミスト搬送路、２３ａ  噴霧口、２４  第１排気路、２４ａ  第１排気口、２５  スプレーノズル、２６  溶液導入管、２７  圧縮ガス導入管、２８  冷却ジャケット、３０  溶液貯留部、１００  基板、１０１  被成膜面、２００  原料溶液。
【要約】
【課題】基板に対して高品位に成膜を行なうことができる噴霧法を利用した連続式の成膜装置を提供する。
【解決手段】成膜装置は、成膜が行なわれる成膜室１０と、成膜材料２００を霧化させるスプレーノズル２５と、成膜室１０を横断するように設けられた搬送経路と、搬送経路上において基板１００を移動させる搬送機構とを備える。成膜室１０を規定する壁部には、スプレーノズル２５にて霧化された成膜材料２００を成膜室１０に導入するとともに、導入した成膜材料２００を成膜室１０において搬送経路側に向けて噴霧するための噴霧口２３ａが設けられる。成膜室１０を規定する壁部のうちの、搬送経路から見て噴霧口２３ａ側に位置する部分には、第１排気口２４ａが設けられる。成膜室１０を規定する壁部のうちの、搬送経路から見て噴霧口２３ａ側とは反対側に位置する部分には、第２排気口８ａが設けられる。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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